广义相对论百年：牛顿力学怎样被爱因斯坦推翻

100年前，爱因斯坦发表了用几何语言描述的引力理论——广义相对论。广义相对论阐明了物体的质量使时空（时间和空间）扭曲，扭曲的时空产生了使物体互相吸引的引力的道理。那么，这一伟大理论是怎样诞生的呢？

1915年11月25日，一位天才物理学家提出了一个颠覆人类常识的大理论——广义相对论。简单地说，广义相对论就是这样一条理论：任何一个物体的重量（质量）都能引起时空的扭曲，产生引力。

那么，天才物理学家阿尔伯特·爱因斯坦（Albert Einstein，1879～1955）是如何建立这个伟大理论的呢？

改变物理学的“狭义相对论”

在广义相对论诞生大约10年前，1905年，爱因斯坦发表了“狭义相对论”。狭义相对论极大地改变了当时物理学对时间和空间的认识。

英国物理学家艾萨克·牛顿（Isaac Newton，1642～1727）确立的物理学基础—牛顿力学认为，空间的间隔（物体的长度）和时间的流逝是绝对的，从任何时间点、对任何观察者来说都是一样的。即，1米的尺，任何时候、任何人看都是一样长的；1秒，任何时候、在宇宙的任何地方经过的都是1秒。

但是，狭义相对论认为，物体的长度和时间的流逝，是随着不同的状况变化的。运动越快的物体长度越短，时间流逝得越慢。

取代牛顿力学的“广义相对论”

狭义相对论和牛顿力学之间有很大的矛盾。根据狭义相对论，自然界的最高速度是真空中的光速，每秒为30万千米。而牛顿力学认为，所有物体之间，都有与之成正比例的“万有引力”互相吸引（万有引力定律）。并且无论两个物体离开多远，这个万有引力的相互作用都不需要花时间。也就是说，力的传递速度比光速还要快。

实际上，已经观测到用牛顿力学解释不了的自然现象。牛顿力学的毁灭就在眼前。

因而爱因斯坦就想，能不能把引力和相对论结合起来。在重组相对论的过程中，他采用了自己的老师、德国数学家赫尔曼·闵可夫斯基（Hermann Minkowski，1864～1909）提出的时空理论，把时间和空间结合在一起。这样，就提出了前所未有的、物体的质量使得周围的时空发生扭曲的新概念。为了研究扭曲时空，需要曲面数学。因此他接受了共同研究者、数学家马塞尔·格罗斯曼（Marcell Grossmann，1878～1936）的提议，不用欧几里得几何学（Euclidean geometry，在平面和非扭曲空间上研究图形的数学），而是用研究曲面上图形的黎曼几何（Riemannian geometry）进行研究。